DE102006008858A9 - probe means - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Sondeneinrichtung für die Rastersondenmikroskopie vorgeschlagen, umfassend einen Ausleger (3) sowie eine auf dem Ausleger (3) ausgebildete, mittels additivem Verfahren hergestellte Spitze (6) im Nanometerbereich, mit der zu vermessende Proben abgetastet werden. Die erfindungsgemäße Sondeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spitze (6) zumindest an ihrem freien Ende im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und auf der Spitze (6) mindestens eine Schicht (8) zur Verringerung der nicht-mechanischen Kraftwechselwirkungen mit dem zu untersuchenden Objekt aufgebracht ist.A probe device for scanning probe microscopy is proposed, comprising a cantilever (3) and a nanometer-sized tip (6) formed on the cantilever (3) by means of an additive method, with which samples to be measured are scanned. The probe device according to the invention is characterized in that the tip (6) is formed substantially cylindrical at least at its free end and on the tip (6) at least one layer (8) applied to reduce the non-mechanical force interactions with the object to be examined is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sondeneinrichtung für die Rastersondentechnologie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a probe device for the grid probe technology according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 0 438 579 A2 sind Rastersondenmikroskope, Sonden sowie Herstellungsverfahren hierfür bekannt. Insbesondere sind dort Sonden beschrieben, die eine nadelförmige Struktur im Nanometer-Maßstab aufweisen. Diese Struktur besteht aus einer Kohlenstoffmatrix und ist auf einer pyramiden- oder kegelförmigen Siliziumspitze angeordnet.From the EP 0 438 579 A2 Scanning probe microscopes, probes and manufacturing methods are known. In particular, there are described probes which have a needle-shaped structure in the nanometer scale. This structure consists of a carbon matrix and is arranged on a pyramidal or conical silicon tip.

Im Zuge der Miniaturisierung von Halbleiterbauteilen sind immer längere Sonden mit immer kleineren Durchmessern gefragt, um die Geometrien der entsprechenden Wafer zu überprüfen, insbesondere bei der Ausmessung von tiefen Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis, z.B. sog. Deep Trenches („tiefe Gräben"). Viele der herkömmlichen Sonden, namentlich solche aus Silizium, sind diesen Anforderungen nicht mehr gewachsen, da sie bei derartigen kleinen Abmessungen zu schnell abnutzen und/oder leicht brechen und daher für einen längeren Einsatz untauglich sind.in the Miniaturization of semiconductor devices is becoming ever longer probes with ever smaller diameters asked for the geometries of the corresponding Wafer check, especially at the measurement of deep structures with a high aspect ratio, e.g. so-called deep trenches ("deep Trenches ") .Many of the more conventional ones Probes, especially those made of silicon, meet these requirements no longer able to cope with such small dimensions wear too fast and / or break easily and therefore for one longer Use are unfit.

Es hat sich herausgestellt, dass sowohl hinsichtlich Langlebigkeit als auch Genauigkeit insbesondere Spitzen vorteilhaft sind, die nach einem additiven Verfahrung und hierbei insbesondere dem EBD-Verfahren (electron beam induced deposition) hergestellt sind. In der DE 198 25 404 C2 sind derartige Spitzen und Verfahren zu ihrer Herstellung näher beschrieben, wobei die dort vorgestellten Spitzen noch eine zusätzliche Stützanordnung an ihrem Fuß aufweisen.It has been found that, in particular with regard to longevity and accuracy, tips which are produced after an additive process and, in particular, the EBD method (electron beam induced deposition), are particularly advantageous. In the DE 198 25 404 C2 such tips and methods for their preparation are described in more detail, wherein the tips presented there have an additional support arrangement at their foot.

Insgesamt ist es wünschenswert, wenn die Spitze sehr steif ist, so dass die vermessenen Geometrien der Messobjekte mittels der Auslenkungen des Auslegers, an dessen freien Ende die Spitze angebracht ist, registriert werden. Unerwünscht sind hingegen Auslenkungen der Spitze aufgrund eines zu niedrigen Elastizitätsmoduls, da diese Auslenkungen sich nicht auf den Ausleger übertragen.All in all it is desirable if the tip is very stiff, so the measured geometries the measurement objects by means of the deflections of the boom, at the free end the tip is attached to be registered. Undesirable, however, are Deflections of the tip due to too low a modulus of elasticity, because these deflections are not transmitted to the boom.

Es hat sich gezeigt, dass die in der 198 25 404 C2 beschriebenen Spitzen nicht ganz die jüngsten Anforderungen zur Vermessung von kleinsten Bauteil-Gräben erfüllen können. Auch hat sich herausgestellt, dass Wechselwirkungen der Spitze mit den Wänden der Gräben die Messungen unerwünschtermaßen beeinflussen.It has been shown that in the 198 25 404 C2 described tips can not quite meet the recent requirements for the measurement of smallest component trenches. It has also been found that interactions of the tip with the walls of the trenches undesirably affect the measurements.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine sehr sensitive, aber relativ robuste Sondeneinrichtung mit einer Spitze zu schaffen, die mittels eines additiven Verfahrens hergestellt wird.task It is the object of the present invention to overcome the above-mentioned disadvantages to avoid and a very sensitive, but relatively robust probe device to create with a tip, by means of an additive method will be produced.

Die Aufgabe wird bei der Sondeneinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Kombination aus zylindrischer Spitze einerseits und mindestens einer Schicht auf der Spitze andererseits beispielsweise die „Deep Trenches" hochpräzise abgetastet werden können. Die zylindrische Ausgestaltung erlaubt es hierbei, alle Ecken der tiefen Wafer-Strukturen abzutasten, was mit einer Spitze, die Flanken mit entsprechenden Seitenwinkeln aufweist, nicht möglich ist. Die mindestens eine Schicht dient aufgrund sich aus dieser Geometrie ergebenden großflächigen Berührung der Spitze mit den Wänden des Trenches zur Reduzierung der Wechselwirkungen zwischen Wand und Spitze. Die hierbei eine Rolle spielenden Kräfte können insbesondere van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Kapillarkräfte und/oder Coulomb-Kräfte (elektrostatische Kräfte aufgrund von Aufladungen) sein. Insgesamt wird eine Sondeneinrichtung mit optimierter Geometrie und optimierter Ausgestaltung zur Reduzierung von unerwünschten Wechselwirkungen realisiert.The The object is in the probe device by the features of the claim 1 solved. The solution according to the invention is characterized characterized in that by means of the combination of cylindrical On the one hand and at least one layer on the top on the other For example, the "Deep Trenches "scanned with high precision can be. The cylindrical design allows this, all corners of the deep Scan wafer structures, with a tip that flanks with has corresponding side angles, is not possible. The at least one layer serves due to this geometry resulting large-scale touch the Top with the walls the trench to reduce interactions between wall and top. The forces playing a role in particular van der Waals forces, dipole-dipole forces, capillary forces and / or Coulomb forces (electrostatic forces due to charges). Overall, a probe device with optimized geometry and optimized design for reduction of unwanted Interactions realized.

Da die Ausleger von bekannten Sondeneinrichtungen zur besseren Handhabung und zum besseren Ausmessen der Trenches oberhalb der zu vermessenen Strukturen gehalten sind und von dort in Richtung der zu untersuchenden Proben verlaufen, ist vorteilhafterweise die Zylinderachse der Spitze gegenüber der Normalen des Auslegers um den gleichen Winkel geneigt wie der Ausleger gegenüber der Horizontalen. Der jeweilige Winkel liegt vorzugsweise zwischen 3°–18°. Vorteilhafterweise liegt der Winkel zwischen 8° und 16°.There the boom of known probe devices for better handling and to better measure the trenches above the measured Structures are held and from there in the direction of being examined Samples run, is advantageously the cylinder axis of the tip over the Normal of the boom inclined at the same angle as the boom across from the horizontal. The respective angle is preferably between 3 ° -18 °. advantageously, the angle is between 8 ° and 16 °.

Allgemein beträgt der Winkel mit Vorzug 0° bis 20°.Generally is the angle with preference 0 ° to 20 °.

Bevorzugt ist die Stirnfläche der Spitze als ebene Fläche ausgebildet. Besonders bevorzugt verläuft die Stirnfläche der Spitze senkrecht zur Zylinderachse der Spitze. Auf diese Weise tastet idealerweise die gesamte Stirnfläche den Boden der tiefen Strukturen bzw. Trenches ab. Auch können alle Ecken der Trenches mit gleicher Präzision abgetastet werden. Zwar ist es aufgrund des im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts der zylinderförmigen Spitze nicht möglich, bis ganz in eine jeweilige Ecke vorzudringen, was jedoch mit der erreichten Flexibilität aufgrund der erfindungsgemäßen geometrischen Ausgestaltung nicht von besonderem Nachteil ist.Prefers is the frontal area the tip as a flat surface educated. Particularly preferably, the end face of the Tip perpendicular to the cylinder axis of the tip. In this way, you feel ideally the entire face the bottom of the deep structures or trenches. Also, all corners the trenches with equal precision be scanned. Although it is due to the substantially circular cross-section the cylindrical top not possible, to penetrate into a corner, but what with the achieved flexibility due to the geometric design according to the invention not of particular disadvantage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung enthält die mindestens eine Schicht bzw. mindestens eine der Schichten auf der Spitze ein Metall oder eine Metallmischung bzw. eine Legierung. Eine derartige Legierung kann beispielsweise Pt, PtIr, Ti, Wti, Cr, NiCr, Wolfram u.ä. enthalten. Damit ist sichergestellt, dass elektrische Ladungen von den Wänden des zu untersuchenden Bauteils und/oder der Spitze abfließen können und somit nicht die mechanischen Wechselwirkungen überlagern und stören.According to an advantageous embodiment, the at least one layer or at least one of the layers on the tip contains a metal or a metal mixture or an alloy. Such an alloy may include, for example, Pt, PtIr, Ti, Wti, Cr, NiCr, Tungsten, and the like. contain. This ensures that electrical charges from the walls of the can flow out of the examining component and / or the tip and thus not interfere with the mechanical interactions and disturb.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die mindestens eine Schicht bzw. mindestens eine der Schichten ein Halbleiter-Material, das vor zugsweise elektrisch leitfähig ist und somit ebenfalls elektrische Ladungseffekte reduziert. Als Materialien sind hier beispielsweise zu nennen: TiN, TiO2, SnO2 u.ä.According to an advantageous embodiment, the at least one layer or at least one of the layers contains a semiconductor material, which is preferably electrically conductive before and thus also reduces electrical charge effects. Examples of materials to be mentioned here are: TiN, TiO 2 , SnO 2 and the like.

In wiederum einer anderen Ausgestaltung enthält die mindestens eine Schicht bzw. mindestens eine der Schichten einen Kunststoff. Dieser kann elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen. Beispiele für Kunststoffe sind Polyimide, Polystyrole, Polyethylen, Polypyrole, Polyacryle u.ä.In In turn, another embodiment, the at least one layer or at least one of the layers of a plastic. This one can be electric conductive Have properties. Examples of plastics are polyimides, Polystyrenes, polyethylene, polypyroles, polyacrylics and the like

Ebenfalls kann die mindestens eine Schicht bzw. mindestens eine der Schichten ein Isoliermaterial enthalten, wobei hier SiO2, Si3N4, Al2O3 u.ä. in Frage kommen.Likewise, the at least one layer or at least one of the layers may contain an insulating material, in which case SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 and the like. come into question.

Die erfindungsgemäß mindestens eine Schicht kann zudem hydrophile oder hydrophobe Oberflächeneigenschaften aufweisen. Hierdurch lassen sich die Messmöglichkeiten erweitern und ggf. auch die Wechselwirkungen, insbesondere die Kapillarkräfte, mit den Messobjekten je nach Anwendung der Sondeneinrichtung reduzieren. Beispielsweise lässt sich die Oberfläche durch Aufbringen einer Silanschicht (Silanierung) hydrophobisieren und damit die Kapillarkraft aufgrund reduzierter Wasseradsorption verringern.The at least according to the invention a layer may also have hydrophilic or hydrophobic surface properties exhibit. This can be used to expand the measurement options and possibly also the interactions, in particular the capillary forces, with reduce the objects to be measured depending on the application of the probe device. For example, let the surface hydrophobize by applying a silane layer (silanation) and thus the capillary force due to reduced water adsorption reduce.

Die vorgenannten Eigenschaften der mindestens einen Schicht beziehen sich vorteilhafterweise auf die – im Falle von mehreren Schichten – äußerste Schicht, damit die betreffenden Wechselwirkungen am wirksamsten reduziert werden.The refer to the aforementioned properties of the at least one layer advantageously to the outermost layer, in the case of several layers, to most effectively reduce the interactions involved become.

Die mindestens eine Schicht bzw. die eventuell mehreren Schichten werden vorteilhafterweise so gewählt, dass die Kombination aus Schichtmaterial und Probenmaterial des Messobjekts so zueinander passen, dass die Wechselwirkung zwischen Spitze und Probe reduziert wird. Das Material der zu untersuchenden Probe findet demnach bevorzugt Berücksichtigung.The at least one layer or the possibly several layers advantageously chosen so that the combination of layer material and sample material of the Test object to match each other, that the interaction between Tip and sample is reduced. The material of the to be examined Probe is therefore preferred.

Zur Aufbringung der mindestens einen Schicht kommen verschiedene Verfahren – alleine oder in Kombination – in Betracht. Zu nennen sind hier das Aufbringen durch Eintauchen der Spitze in eine entsprechende Flüssigkeit oder Besprühen mit einer solchen Flüssigkeit, durch Aufdampfen, Besputtern, Plasmabeschichten oder durch ein PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).to Applying the at least one layer come various methods - alone or in combination - in Consideration. To call here are the application by dipping the Tip into a corresponding liquid or spraying with such a liquid, by vapor deposition, sputtering, plasma coating or by a PECVD method (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).

Bei einer Weiterentwicklung ist es auch möglich, dass das Material der Spitze und dasjenige der mindestens einen Schicht gewünschtermaßen miteinander chemisch reagieren, beispielsweise verschmelzen, damit die Spitze verbesserte Eigenschaften erhält – z.B. zur Erhöhung der Steifigkeit der Spitze und/oder zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit.at In a further development, it is also possible that the material of Tip and that of the at least one layer desirably with each other react chemically, for example, merge, so that the tip obtain improved properties - e.g. to increase the stiffness of the tip and / or to improve the electrical Conductivity.

Der Durchmesser der zylinderförmigen Spitzen liegt mit Vorteil im Bereich von 50 nm bis 60 nm. Es hat sich herausgestellt, dass derartige Spitzen eine lange Lebens- und Nutzungsdauer besitzen.Of the Diameter of the cylindrical Tips are advantageous in the range of 50 nm to 60 nm. It has turned out that such tips a long life and Useful life.

Vorzugsweise liegt der Durchmesser der zylinderförmigen Spitze unterhalb von 30 nm liegt, bevorzugtermaßen sogar im Bereich von 20 nm oder sogar darunter. Somit können auch kleinste Trenches vermessen werden.Preferably the diameter of the cylindrical tip is below 30 nm, preferably even in the range of 20 nm or even below. Thus, too smallest trenches are measured.

Die Länge der Spitze der erfindungsgemäßen Sondeneinrichtung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 200 nm und 800 nm, um auch sehr tiefe Trenches ausmessen zu können.The Length of Tip of the probe device according to the invention is preferably in the range between 200 nm and 800 nm, too to be able to measure very deep trenches.

Die Spitze mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht vorzugsweise aus einer Kohlenstoffmatrix. Diese ist beispielsweise gemäß dem in der DE 198 25 404 C2 der Anmelderin ausgebildet. Die Spitze kann dann eine große Härte mit nur geringer Biegsamkeit aufweisen. Wenn in der gasförmigen Atmosphäre z.B. organische Verbindungen vorhanden sind, ist es möglich, die Struktur und/oder die Beschichtung als Kohlenstoffmodifikation auszubil den. Die Kohlenstoffmodifikation kann hierbei ungefähr die Härte von Diamant besitzen, wobei die Kohlenstoffmodifikation eine geringere Sprödheit und/oder eine höhere Flexibilität bzw. Elastizität als beispielsweise Diamant aufweisen kann. Damit lassen sich sehr robuste und lange haltbare Spitzen herstellen.The tip with the embodiment according to the invention preferably consists of a carbon matrix. This is, for example, according to the in the DE 198 25 404 C2 the applicant trained. The tip can then have a high hardness with only little flexibility. If, for example, organic compounds are present in the gaseous atmosphere, it is possible to treat the structure and / or the coating as a carbon modification. The carbon modification here may have approximately the hardness of diamond, wherein the carbon modification may have a lower brittleness and / or a higher flexibility or elasticity than, for example, diamond. This makes it possible to produce very robust and long-lasting tips.

Um die Spitzen mit den genannten Durchmessern von ca. 20 nm und kleiner sowie einer Länge von z.B. 800 nm (d.h. das Aspektverhältnis beträgt 1:40) herzustellen, wird vorzugsweise ein Verfahren eingesetzt, das unter dem Namen Sauerstoffveraschung, Sauerstoffverbrennen oder Plasmaveraschung („ashing") bekannt ist. In einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre wird hierbei ein Plasma gezündet, wobei hoch angeregte Sauerstoffradikale erzeugt werden, welche die äußersten Lagen der Spitzenstruktur abtragen bzw. „abbrennen". Auf diese Weise wird können die genannten kleinen Durchmesser der Spitze erhalten werden. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Sauerstoffveraschung jedoch wahrscheinlich elektrische Ladungen auf der Spitze zurückbleiben. Bei entsprechender Ausbildung lassen sich diese Aufladungen durch die erfindungsgemäße mindestens eine Schicht auf der Spitze vermeiden.Around the tips with the mentioned diameters of about 20 nm and smaller as well as a length from e.g. 800 nm (i.e., the aspect ratio is 1:40) preferably used a method which under the name oxygen ashing, Oxygen burning or plasma ashing is known the atmosphere in this case a plasma is ignited, producing highly excited oxygen radicals, which are the outermost ones Ablate layers of the lace structure or "burn off." In this way, the mentioned small diameter of the tip can be obtained. It has However, it is likely that this oxygen ashing electric charges remain on the top. With appropriate Training can be these charges by the invention at least avoid a layer on the top.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.advantageous Further developments of the invention are characterized by the features of the subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:in the Following, the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. It demonstrate:

1 eine Sondeneinrichtung in Seitenansicht; 1 a probe device in side view;

2 eine Aufsicht auf die Sondeneinrichtung der 1; 2 a top view of the probe device of 1 ;

3a, 3b, 3c aufeinander folgende Verfahrensschritte bei der Spitzenherstellung; 3a . 3b . 3c successive process steps in the production of tips;

4 die Spitze einer Sondeneinrichtung mit aufgebrachter Schicht, im Querschnitt; 4 the tip of a probe device with applied layer, in cross section;

5a die Spitze bei der Vermessung eines Trenches, und 5a the tip when surveying a trench, and

5b eine Aufsicht auf einen Trench mit möglichen Positionen der Spitze in den vier Ecken. 5b a top view of a trench with possible positions of the top in the four corners.

In der 1 in Seitenansicht und in 2 in Aufsicht ist eine Sondeneinrichtung 1 dargestellt, die einen fixierbaren Bereich 2 zur Einspannung in eine nicht dargestellte Messeinrichtung und einen Ausleger 3 (auch Cantilever genannt) umfasst. Am freien Ende des Auslegers 3 ist eine pyramidenförmige Erhebung 4 vorgesehen, auf der eine zylinderförmige Spitze 6 aufgebracht ist. Der Fuß der Spitze 5 ist mit einer Stützstruktur 5 an der Erhöhung 4 angebracht, um die mechanische Belastbarkeit der Spitze 6 zu erhöhen sowie eine verstärkte Verbindung zwischen Erhebung 4 und Spitze 6 zu erhalten. Die Stützstruktur 5 kann gemäß der DE 198 25 404 C2 ausgebildet und hergestellt sein.In the 1 in side view and in 2 in supervision is a probe device 1 shown, which has a fixable area 2 for clamping in a measuring device, not shown, and a boom 3 (also called cantilever) includes. At the free end of the jib 3 is a pyramidal elevation 4 provided on the a cylindrical tip 6 is applied. The foot of the top 5 is with a support structure 5 at the raise 4 attached to the mechanical load capacity of the tip 6 increase as well as an increased connection between survey 4 and top 6 to obtain. The support structure 5 can according to the DE 198 25 404 C2 be trained and manufactured.

Die Erhebung 4 sowie ggf. der gesamte Ausleger 3 bestehen vorzugsweise aus Silizium oder aus Materialien mit isolierenden (bspw. SiO2, SiN4) Eigenschaften. Es ist aber auch möglich, dass halbleitende (bspw. GaAs) oder leitende (bspw. Pt, Au) Materialien zum Einsatz kommen.The assessment 4 and possibly the entire boom 3 are preferably made of silicon or of materials with insulating (eg SiO 2 , SiN 4 ) properties. However, it is also possible that semiconducting (for example GaAs) or conductive (for example Pt, Au) materials are used.

In den 3a–3c ist ein Verfahren zur Bildung der Spitze 6 in mehreren Schritten unter Verwendung von Elektronenstrahlen ES dargestellt. Bei dem gezeigten und als EBD-Verfahren (electron beam induced deposition) bekannten Verfahren findet unter Vakuum eine Wechselwirkung zwischen den im allgemeinen hochenergetischen Elektronen, typischerweise im keV-Bereich, und den Gasatomen bzw. -molekülen der im Vakuum übriggebliebenen oder gezielt eingeleiteten gasförmigen Atmosphäre statt. Hierbei werden Molekülverbindungen leicht aufgebrochen und es entstehen freie Bindungen bzw. Radikale, die leicht zu einem neuen Gefüge auf der Erhebung 4 polymerisieren. Beispielsweise polymerisieren organische Moleküle (einschließlich Prekursoren), die in einer definierten Gasatmosphäre vorhanden sind, und formen Spitze 6 und Stützstruktur 5. Das somit erzeugte HDC-Material (high dense carbon) besteht im wesentlichen aus einer amorphen Kohlenstoffmatrix einschließlich Diamant- oder Metall-ähnlichen Nanokristallieten, die starke kovalente C-C-Bindungen aufweisen.In the 3a - 3c is a method of forming the tip 6 shown in several steps using electron beams ES. In the method shown and known as EBD (electron beam induced deposition) method finds under vacuum, an interaction between the generally high-energy electrons, typically in the keV region, and the gas atoms or molecules of the vacuums remaining or specifically introduced gaseous atmosphere instead of. Molecular compounds are easily broken up and free bonds or radicals are formed, which easily lead to a new structure on the elevation 4 polymerize. For example, organic molecules (including precursors) that exist in a defined gas atmosphere polymerize and tip 6 and support structure 5 , The high dense carbon (HDC) material thus produced consists essentially of an amorphous carbon matrix including diamond or metal-like nanocrystal rivets that have strong covalent C-C bonds.

Die Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt zur Ausbildung der Spitze kann länger als die Dauer der Energieübertragung auf einen anderen Punkt sein. Durch die unterschiedliche Dauer der Energieübertragung erreicht man, dass unterschiedliche mechanische Eigenschaften erzielt werden. Eine längere Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt führt im allgemeinen dazu, dass an diesem Punkt eine festere Verbindung ausgebildet wird.The Duration of energy transfer to a point to the formation of the tip may be longer than the duration of energy transfer to be on another point. Due to the different duration of the power transmission one achieves that achieves different mechanical properties become. A longer one Duration of energy transfer leads to a point in general, that at this point a firmer connection is trained.

Zu Beginn des Elektronenbeschusses (3a) ist lediglich die Erhebung 4 auf dem Ausleger 3 angeordnet. In 3b ist ein späterer Zeitpunkt dargestellt. Hierbei ist die Spitze 6 zu einem gewissen Teil, jedoch noch nicht vollständig, bereits auf der Erhebung 4 ausgebildet. Die – vorliegend sockelartige – Stützstruktur 5, welche den Fuß der Spitze 6 umgibt, wird gleichzeitig mit der Spitze 6 hergestellt. Der Elektronenstrahl ES wird auf der Oberfläche der Stützstruktur 5 derart in vorbestimmten Verlaufsmustern geführt, dass die Stützstruktur 5 und die Spitze 6 gemäß der Energieübertragung ausgebildet werden. Um eine harte Spitze 6 auszubilden, muss der Elektronenstrahl ES am Ort der Spitze 6 länger verweilen, so dass sich dort mehr Atome bzw. Moleküle aus der gasförmigen Atmosphäre anlagern. Die Verweildauer des Elektronenstrahles ES zur Ausbildung der Stützstruktur 5 ist ge ringer als zur Ausbildung der Spitze 6, so dass sich weniger Atome bzw. Moleküle dort anlagern.At the beginning of the electron bombardment ( 3a ) is just the survey 4 on the boom 3 arranged. In 3b a later date is shown. Here's the tip 6 to a certain extent, but not yet completely, already on the survey 4 educated. The - in the present base-like - support structure 5 which is the foot of the top 6 surrounds, simultaneously with the top 6 produced. The electron beam ES becomes on the surface of the support structure 5 guided in predetermined patterns such that the support structure 5 and the top 6 be formed according to the energy transfer. To a hard point 6 form the electron beam ES at the location of the tip 6 stay longer, so that there accumulate more atoms or molecules from the gaseous atmosphere. The residence time of the electron beam ES to form the support structure 5 is less than training the top 6 , so that fewer atoms or molecules accumulate there.

Die fertige Spitze 6 auf dem Ausleger 3 bzw. der Erhebung 4 ist in der 3c dargestellt. Der Ausleger bzw. Cantilever 3 weist beispielsweise eine Länge von ungefähr 100 bis 500 μm, eine Breite von etwa 20 bis 50 μm und eine Dicke von circa 5 μm auf. Die Erhebung 5 am freien Ende des Auslegers 4 besitzt z.B. eine Basislänge von typischerweise 10 bis 50 μm. Die Höhe der Spitze 6 beträgt vorzugsweise zwischen 200 und 800 nm, während ihr Durchmesser vorzugsweise kleiner als 30 nm ist. Bei einem Durchmesser von 20 nm und einer Länge von 800 nm beträgt das Aspektverhältnis, d.h. das Verhältnis von Durchmesser zu Länge, 1:40. Mit einer derartigen Spitze lassen sich auch enge, tiefe Gräben (Deep Trenches) vermessen. In den 1–5 sind die gezeigten Aspektverhältnisse geringer gewählt (ca. 12–14).The finished tip 6 on the boom 3 or the survey 4 is in the 3c shown. The boom or cantilever 3 For example, has a length of about 100 to 500 microns, a width of about 20 to 50 microns and a thickness of about 5 microns. The assessment 5 at the free end of the jib 4 has, for example, a base length of typically 10 to 50 microns. The height of the top 6 is preferably between 200 and 800 nm, while its diameter is preferably less than 30 nm. With a diameter of 20 nm and a length of 800 nm, the aspect ratio, ie the ratio of diameter to length, is 1:40. With such a tip, even deep, deep trenches (Deep Trenches) can be measured. In the 1 - 5 the aspect ratios shown are smaller (about 12-14).

Die Spitze 6 bzw. ihre Achse ZA ist gegenüber der Normalen N um einen Winkel α geneigt, der vorliegend ca. 13° beträgt. Diese geneigte Anordnung der Spitze 6 in Bezug auf den Ausleger 3 kann durch Einstellung des Auftreffwinkels zwischen der Richtung des Energieeintrags und der Fläche der Stützstruktur 5 bzw. der Spitze 6. Die Änderung des Auftreffwinkels kann z.B. durch Relativbewegung oder mittels einer Führungseinrichtung für die Energieübertragung vorgenommen werden.The summit 6 or its axis ZA is gegenü About the normal N inclined by an angle α, which in the present case is about 13 °. This inclined arrangement of the top 6 in terms of the boom 3 can by adjusting the angle of incidence between the direction of the energy input and the surface of the support structure 5 or the top 6 , The change in the impact angle can be made, for example, by relative movement or by means of a guide device for the energy transmission.

In 4 ist die Spitze 6 der 1–3 mit einer erfindungsgemäßen Schicht 8 dargestellt, die hier der besseren Anschaulichkeit wegen mit übergroßer Dicke gezeichnet ist. Da mit einer Spitze 6 mit einem hohen Aspektverhältnis in den tiefen, engen Trenches eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist, können nicht gewünschte Wechselwirkungen zwischen der Spitze 6 und den Wänden des Messobjektes erhebliche Messverfälschungen erzeugen. Diese Einflüsse können von Dipol-Dipol-Wechselwirkungen (van der Waals-Kräfte), Kapillarkräften, Coulomb-Kräften u.ä. herrühren. Erfindungsgemäß weist die Spitze daher mindestens eine Schicht auf, die derartige Wechselwirkungen verringert und idealerweise unterdrückt.In 4 is the top 6 of the 1 - 3 with a layer according to the invention 8th shown, which is here drawn for better clarity because of oversized thickness. Because with a tip 6 With a high aspect ratio in the deep, narrow trenches a high measurement accuracy is required, unwanted interactions between the tip can not 6 and generate significant Messverfälschungen the walls of the measurement object. These influences may include dipole-dipole interactions (van der Waals forces), capillary forces, Coulomb forces, and the like. originate. According to the invention, therefore, the tip has at least one layer which reduces such interactions and ideally suppresses them.

Diese Schicht 8 kann als Metallschicht oder als Metallmischung bzw. Legierung ausgebildet sein, so dass elektrische Ladungen von den Wänden des zu untersuchenden Bauteils und/oder der Spitze abfließen können. Elektrostatische Kräfte (Coulomb-Kräfte) überlagern somit nicht die mechanische Abtastung durch die Spitze. Die Schicht kann auch aus einem Halbleiter-Material bestehen, das vorzugsweise elektrisch leitfähig ist. In wiederum einer anderen Ausgestaltung ist oder enthält das Material der Schicht mindestens einen Kunststoff. Dieser kann ebenfalls elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen.This layer 8th may be formed as a metal layer or as a metal mixture or alloy, so that electrical charges can flow away from the walls of the component to be examined and / or the tip. Electrostatic forces (Coulomb forces) thus do not interfere with the mechanical scanning by the tip. The layer may also consist of a semiconductor material, which is preferably electrically conductive. In yet another embodiment, the material of the layer is or contains at least one plastic. This may also have electrically conductive properties.

Bei Bedarf kann das Material der mindestens einen Schicht 8 auch derart gewählt werden, dass nicht oder nicht nur die elektrostatischen Kräfte verringert werden, sondern (auch) Kapillarkräfte oder Dipol-Dipol-Kräfte.If necessary, the material of the at least one layer 8th also be chosen such that not or not only the electrostatic forces are reduced, but (also) capillary forces or dipole-dipole forces.

Die Aufbringung der Schicht 8 kann durch Eintauchen oder Besprühen der Spitze 6 in/mit eine/r entsprechende/n Flüssigkeit – ggf. mit thermischer Nachbehandlung, durch Materialbeschuss o.ä. – realisiert werden. Auch kommen Aufdampfverfahren, Besputterung, Plasmabeschichtung oder ein PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) in Betracht.The application of the layer 8th Can by dipping or spraying the top 6 in / with a corresponding liquid - if necessary with thermal aftertreatment, through material bombardment or the like - will be realized. Also suitable are vapor deposition, sputtering, plasma coating or a PECVD process (plasma enhanced chemical vapor deposition).

Die Schicht 8 ist in der 4 als die gesamte Spitze 6 umgebend dargestellt. Je nach Bedarf bzw. Anwendungsfall kann die Schicht 8 auch lediglich an einem Teil der Spitze 6 ausgebildet sein, beispielsweise nur in der oberen Hälfte.The layer 8th is in the 4 as the entire top 6 shown around. Depending on the need or application, the layer 8th also only at one part of the top 6 be formed, for example, only in the upper half.

Auch ein vollständiger oder teilweiser Überzug der Erhebung 4 ist möglich und kann evtl. von dort herrührende Wechselwirkungen mit dem Messobjekt verringern helfen.Also a complete or partial coating of the survey 4 is possible and may help reduce any resulting interactions with the target.

In den 5a und 5b ist beispielhaft dargestellt, wie mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Spitze 6 mit gegen unerwünschte Wechselwirkungen abschirmender Schicht 8 ein „Deep Trench" DT eines Wafers abgetastet wird (s. horizontalen Doppelpfeil). Durch den Verlauf der am freien Ende der Spitze 6 vorgesehenen Stirnfläche 7 senkrecht zur Zylinderachse ZA der Spitze 6 kann die gesamte Stirnfläche genutzt werden, um den Boden des Trenches abzutasten.In the 5a and 5b is exemplified, as with a tip formed according to the invention 6 with shielding layer against unwanted interactions 8th a "deep trench" DT of a wafer is scanned (see horizontal double arrow) through the course of the free end of the tip 6 provided end face 7 perpendicular to the cylinder axis ZA of the tip 6 the entire face can be used to scan the bottom of the trench.

Wie insbesondere der Aufsicht in 5b zu entnehmen ist, können alle Ecken des Trenches DT mit gleich hoher Präzision abgetastet werden. In der 5b ist eine Position der Spitze 6 mit einem durchgezogenen Kreis – den kreisförmigen Querschnitt der Zylinderspitze darstellend – wiedergegeben, die anderen drei Eckpositionen mit gestrichelten Linien.As in particular the supervision in 5b can be seen, all corners of the Trenches DT can be scanned with equal precision. In the 5b is a position of the top 6 with a solid circle - representing the circular cross-section of the cylinder tip - reproduced, the other three corner positions with dashed lines.

Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Abwandlungen der Erfindung innerhalb der Ansprüche sind ohne weiteres möglich. So können beispielsweise zwei oder mehr übereinander liegende Schichten auf der Spitze ausgebildet sein. Eine Schicht könnte beispielsweise zur Erhöhung der Steifheit der Spitze und damit zur Erhöhung der Messgenauigkeit und eine andere Schicht zur Reduzierung der elektrostatischen Kräfte beitragen, indem sie insbesondere elektrisch leitend ausgebildet ist. Des weiteren kann ein anderes additives Verfahren als das genannte EBD-Verfahren zur Anwendung kommen, beispielsweise eine Ablagerung mittels eines Ionenstrahls.The The invention has been described in more detail with reference to an embodiment. Variations of the invention within the claims are readily possible. So can for example two or more on top of each other lying layers may be formed on the top. A layer could for example, to increase the stiffness of the tip and thus to increase the accuracy of measurement and another layer to reduce the electrostatic forces contribute in particular by being electrically conductive. Furthermore may use an additive method other than the aforementioned EBD method come, for example, a deposit by means of an ion beam.

Claims (21)

Sondeneinrichtung für die Rastersondenmikroskopie, umfassend einen Ausleger (3) sowie eine auf dem Ausleger (3) ausgebildete, mittels additivem Verfahren hergestellte Spitze (6) im Nanometerbereich, mit der zu vermessende Proben abgetastet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (6) zumindest an ihrem freien Ende im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und auf der Spitze (6) mindestens eine Schicht (8) zur Verringerung der nicht-mechanischen Kraftwechselwirkungen mit dem zu untersuchenden Objekt aufgebracht ist.Probe device for scanning probe microscopy, comprising a cantilever ( 3 ) and one on the boom ( 3 ) tip formed by an additive process ( 6 ) in the nanometer range, are sampled with the samples to be measured, characterized in that the tip ( 6 ) is formed substantially cylindrical at least at its free end and on the top ( 6 ) at least one layer ( 8th ) is applied to reduce the non-mechanical force interactions with the object to be examined. Sondeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachse der Spitze (6) gegenüber der Normalen des Auslegers (3) um einen Winkel (α) von 0°–20° geneigt ist.Probe device according to claim 1, characterized in that the cylinder axis of the tip ( 6 ) compared to the standards of the 3 ) is inclined by an angle (α) of 0 ° -20 °. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachse der Spitze (6) gegenüber der Normalen des Auslegers (3) um einen Winkel (α) von 3°–18° geneigt ist.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder axis of the tip ( 6 ) compared to the standards of the 3 ) is inclined by an angle (α) of 3 ° -18 °. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachse der Spitze (6) gegenüber der Normalen des Auslegers (3) um einen Winkel (α) von 8°–16° geneigt ist.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder axis of the tip ( 6 ) compared to the standards of the 3 ) is inclined by an angle (α) of 8 ° -16 °. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (6) eine ebene Stirnfläche (7) aufweist.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the tip ( 6 ) a flat face ( 7 ) having. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (7) der Spitze (6) senkrecht zur Zylinderachse (ZA) verläuft.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the end face ( 7 ) the top ( 6 ) is perpendicular to the cylinder axis (ZA). Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (8) van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Kapillarkräfte und/oder Coulomb-Kräfte zwischen Spitze und Wand zu verringern vermag.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one layer ( 8th ) can reduce van der Waals forces, dipole-dipole forces, capillary forces and / or Coulomb forces between tip and wall. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten (8) ein Metall oder eine Metallmischung bzw. eine Legierung enthält.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers ( 8th ) contains a metal or a metal mixture or an alloy. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten (8) ein Halbleiter-Material enthält.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers ( 8th ) contains a semiconductor material. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten (8) ein Isolatormaterial enthält.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers ( 8th ) contains an insulator material. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schichten (8) einen Kunststoff enthält, der elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ist.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers ( 8th ) contains a plastic which is electrically conductive or electrically insulating. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (8) hydrophile Oberflächeneigenschaften zeigt.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one layer ( 8th ) shows hydrophilic surface properties. Sondeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (8) hydrophobe Oberflächeneigenschaften zeigt.Probe device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the at least one layer ( 8th ) shows hydrophobic surface properties. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (8) durch eine der folgenden Verfahren aufgebracht ist: Eintauchen, Besprühen (sog. spray ing), Aufdampfen, Besputtern, Plasmabeschichten, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one layer ( 8th ) is applied by one of the following methods: dipping, spraying, vapor deposition, sputtering, plasma coating, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Spitze (6) und dasjenige der mindestens einen Schicht (8) derart sind, dass sie eine chemische Reaktion eingehen können.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the tip ( 6 ) and that of the at least one layer ( 8th ) are such that they can undergo a chemical reaction. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zylinderförmigen Spitze (6) im Bereich von 50 nm–60 nm liegt.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the cylindrical tip ( 6 ) is in the range of 50 nm-60 nm. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zylinderförmigen Spitze (6) unterhalb von 30 nm liegt.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the cylindrical tip ( 6 ) is below 30 nm. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zylinderförmigen Spitze (6) unterhalb von 20 nm liegt.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter of the cylindrical tip ( 6 ) is below 20 nm. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Spitze (6) im Bereich zwischen 200 nm und 800 nm liegt.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the tip ( 6 ) is in the range between 200 nm and 800 nm. Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (6) mittels eines EBD-Verfahrens (electron beam induced deposition) hergestellt ist.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the tip ( 6 ) is produced by means of an EBD method (electron beam induced deposition). Sondeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (6) aus einer Kohlenstoffmatrix besteht.Probe device according to one of the preceding claims, characterized in that the tip ( 6 ) consists of a carbon matrix.
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